研究人員說通常可以對石墨烯和其他二維材料進行可靠的質量控制

石墨烯和其他單原子厚物質是一類奇觀材料，全世界的研究人員都在研究它們的電子特性，以用于太陽能電池，新型半導體，傳感器和儲能等技術中的潛在應用。

將這些單層或二維材料設計成各種潛在用途的最大挑戰是需要原子級原子的完美性和均勻性，而要在如此小的規模下實現卻是艱巨而艱辛的工作，進行評估。

美國能源部艾姆斯實驗室資深科學家，愛荷華州立大學物理學教授Michael C. Tringides說：“組裝這些材料時，我們試圖比大自然更聰明。”他研究了2-的獨特性質。 D在石墨烯，石墨和其他碳涂層表面上生長的材料和金屬。“為此，我們正在強迫原子以通常不會的方式進行組裝。該領域的主要挑戰之一是可靠地生產高質量的石墨烯和類似材料。”

Tringides和Ames實驗室的其他科學家已經發現并證實了一種方法，可以作為一種簡單而可靠的方法來測試石墨烯和其他2D材料的質量。它利用了表面電子衍射中非常寬廣的背景(稱為鐘形組件(BSC))的優勢，該背景與均勻圖案化或“完美”的石墨烯緊密相關。

了解相關性對于在制造環境中對2D材料進行可靠的質量控制有影響。

“這一發現挑戰了常規知識，但是這種奇怪現象與高質量石墨烯之間的相關性是顯而易見的。在實際應用中，我們看到它擴展到了與石墨烯相似的其他高趣味二維材料，它們具有相同的均勻性層”。

去年，艾姆斯實驗室的研究人員通過低能電子衍射(一種在物理學中通常用于研究固體材料表面的晶體結構的技術)發現，寬衍射圖樣可以可靠地證明二維材料的高質量。這是高質量石墨烯的一個特征，本質上潛伏在背景中，并且已在出版的研究中被忽略了，因為它與衍射研究普遍接受的恰恰相反-應該僅存在尖銳，明亮的衍射點。Tringides說，由于這一發現是違反直覺的，因此需要在不同的實驗條件下進行進一步的研究，并了解BSC的起源。

首先，科學家通過在一系列高溫下進行退火或加熱來生長石墨烯，然后將BSC衍射的生長與其他通常公認的尖銳衍射斑的生長指標進行比較。寬衍射背景的演變緊密反映了較銳利的斑點，這證明它們是相關的。其次，該小組然后進行了實驗，在石墨烯的表面和下方沉積了金屬原子(在這種情況下為)。這種沉積過程稱為嵌入，是科學家可以為特定功能定制二維材料的一種方法。在第二個實驗中，科學家測量了插層過程中BSC的生長-當金屬原子最初是無序的時候，BSC的生長很弱，然后隨著金屬原子卡入石墨烯和基底之間的位置而增加，從而形成均勻的層。因此，雖然BSC并不是教科書的衍射圖，但其起因是教科書的量子力學-當電子被壓縮成單層時，它們的波矢量必須擴散，從而產生了寬廣的衍射圖。